一种连铸设备的制造方法
【专利说明】一种连铸设备
[0001]本发明是申请日为2009年5月27日、申请号为200910203110.7、名称为“一种连铸设备”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种连铸设备，其包括模具、喷嘴和在模具上方围绕喷嘴设置的电磁搅拌器，所述搅拌器包括绕喷嘴沿周向延伸的磁性材料制成的芯体和缠绕在所述芯体上的多个绕组。
[0003]本发明还涉及一种用于金属铸造的连铸工艺，其中通过管状喷嘴将金属提供给模具，并且其中通过向管状喷嘴施加电磁场来搅拌流过管状喷嘴的金属，所述电磁场是利用搅拌器产生的，搅拌器包括绕喷嘴沿周向延伸的磁性材料制成的芯体和缠绕在所述芯体上的多个绕组。
【背景技术】
[0004]金属例如铁基合金譬如钢的连铸是公知技术。在这样的铸造期间，所讨论的合金的熔体被从中间罐通过管状喷嘴倒入竖直地设置在中间罐下方的模具内。
[0005]通常，为了多种目的而将氩气在喷嘴上部喷入喷嘴内的熔体中，其中一个目的是影响熔体通过喷嘴的流动特性并由此防止熔体堵塞喷嘴的内部周边。氩气随后和金属一起离开喷嘴。但是，氩气在进入模具内的熔体中时的动作使其可能会存留在熔体内并构成由模具内的所述恪体连续成型的铸还(strand)内的夹杂物或下澄。
[0006]在氩气喷射不存在时，金属堵塞喷嘴的内部周边的趋势会更加明显。但是即使存在这样的喷射气体，也仍有一定可能会造成金属堵塞。
[0007]为解决该问题，例如由W02005/002763公开的现有技术提出为了搅拌流过喷嘴的金属而使用电磁搅拌器。W02005/002763中提出的搅拌器包括环形铁芯，其具有沿径向向内朝向喷嘴延伸的磁极，以及缠绕在所述磁极上的绕组。利用所提出的搅拌器产生的旋转磁场将促使对喷嘴内的熔体进行搅拌。由于离心力将把更加稠密的金属集中到熔体的径向外周部分，因此氩气就会更加集中到喷嘴内的熔体中心。这样又会导致更加集中的氩气气流离开喷嘴并有可能被引至残留在模具内的熔体的上表面。由此，由存留在熔体内的氩气造成的夹杂物或下渣就产生得更少。而且，熔体在喷嘴内部周边的螺旋状流动路径进一步防止了堵塞。但是，金属通过喷嘴的流速为高速，因此所提出的设计可能不足以在熔体内感生足够强的磁场以用于获得完全满意的结果。用于喷嘴周围的磁极的空间由于喷嘴相对较小的直径而受到限制，并且不言而喻的是，为了对熔体具有强作用，磁极应该尽可能靠近熔体。
【发明内容】
[0008]本发明的一个目的是提供一种如说明书开始部分限定的连铸设备，其设计允许在流过喷嘴的熔体内产生足够强的电磁场以克服上述问题。
[0009]本发明的另一个目的是提供一种连铸设备，其设计可以实现电功率到喷嘴内的熔体所承受的搅拌力的有效转换。
[0010]本发明的目的通过说明书开始部分限定的连铸设备实现，其特征在于，所述绕组在沿芯体的周向看去时被缠绕在芯体的截面上。换句话说，芯体绕喷嘴沿周向延伸，而绕组也就是其电极相对于喷嘴的纵向轴线大致上沿径向缠绕。由于这种设计不需要使用构成伸向喷嘴的磁极的径向齿(这样的齿将会变得磁饱和以使它们会抑制在喷嘴内的熔体中产生足够强的磁场)，所以这种设计比现有技术中的设计更加有效。另外，本发明的设计将容许非常紧凑和有效的搅拌器。
[0011]根据一种实施方式，所述绕组大致覆盖芯体的径向内部周边。由此，即可达到可能的最佳效率。应该理解，绕组的单根导线都被设有绝缘层，以防止不同电相位的绕组之间的电干扰或短路。
[0012]根据一种优选的实施方式，绕组在喷嘴的直径上对置的侧上限定相反的磁极。由此，即可实现磁场直接穿过喷嘴内的熔体中心。应该理解，优选实施方式包括六个绕组，构成三对磁极，每对用于三相电力系统的一个相位。但是，本发明并不排除其他的设计。
[0013]根据进一步的实施方式，构成所述相反的磁极的绕组连接至交流电源，该交流电源向所述绕组供应频率至少为70Hz的交流电。由搅拌器在喷嘴内的熔体上产生的转矩取决于向每个相位的磁极提供的频率。一直到大约10Hz的某个确定频率，转矩都是增加的。因此优选的是频率应高于50Hz或60Hz的额定电功率分布频率。优选地，构成所述相反的磁极的绕组连接至向所述绕组供应频率至少为90Hz的交流电的交流电源。优选地，该频率低于120Hz，或者甚至低于110Hz。这些数值在磁场的转速明显高于通过喷嘴的熔体的流速并且喷嘴内径或喷嘴内部周边的相对部分之间的距离处于50-150mm的范围内的前提下是有效的。
[0014]根据优选实施方式，铸造设备包括中间罐，喷嘴由该中间罐延伸至模具，其中搅拌器具有与中间罐和模具之间的距离相对应的沿纵向的长度。换句话说，为了容许尽可能高的效率，搅拌器被这样设置以利用中间罐和模具之间的所有可用空间。
[0015]根据进一步的实施方式，铸造设备包括冷却回路，该冷却回路包括设置在搅拌器的内部周边和喷嘴的外部周边之间的导电材料制成的多个冷却元件，所述冷却元件相对于喷嘴的纵向横向地延伸并且在相邻的冷却元件之间沿所述纵向留有间隔。喷嘴内的熔体具有比在模具内时更高的高温。因此，应考虑从内侧冷却搅拌器。为了防止在冷却元件内产生可能会严重影响在喷嘴内的熔体中感生的电磁场强度的感应电流，这些元件应该被分隔开以使其在喷嘴的纵向也就是与电流流过冷却元件附近的绕组的相同方向上是不连续的。
[0016]根据优选实施方式，所述冷却元件包括金属管，冷却液流过所述管。优选地，管被互相连接并遵循围绕喷嘴的至少一部分的曲折路径。
[0017]优选地，铸造设备包括设置在相邻的冷却元件之间的所述间隔内的至少一个电绝缘元件。这样的绝缘元件将防止在相邻的冷却元件之间产生任何的短路。优选地，电绝缘元件还可以是热绝缘的，以防止搅拌器也就是绕组及其芯体过热。
[0018]根据一种实施方式，铸造设备包括设置在搅拌器外侧的导电材料制成的护罩。这样的护罩将会阻止磁场沿远离熔体的方向扩展。由此，使得为实现对喷嘴内的熔体的预定搅拌所需的能量也就是电功率更少，因为所用能量的更多部分实际上都将用于产生穿过熔体的磁场。
[0019]优选地，所述护罩包括设置在搅拌器径向外侧上的至少一块板。优选地，所述板确定了围绕搅拌器从其一端区域沿喷嘴的纵向连续地延伸至其另一端的侧板。由此，在远离熔体的径向上实现对磁场可能的最佳阻尼。该板的优选材料是铜。
[0020]根据进一步的实施方式，所述护罩包括靠近搅拌器的纵向端部并与所述纵向端部相对设置的至少一块板。由于来自搅拌器的磁场也会试图沿远离搅拌器的纵向扩展，并且这样的磁场部分不会对熔体的搅拌做出任何贡献而只会导致更高的能耗，因此建议在搅拌器的纵向相对的两端都设置阻尼板。类似于所有侧板，这些端板都应该用导电材料例如铜制成。
[0021]本发明的目的还可以通过说明书开始部分限定的连铸工艺实现，其特征在于，所述绕组在沿芯体的周向看去时缠绕在芯体的截面上，并且向所述绕组供应电流。应该理解，根据本发明的工艺的优选实施方式可以利用与这里提出的其任意的实施方式相一致的连铸设备实现。
[0022]本发明其它特征和优点将在以下对本发明连铸设备的优选实施方式的详细说明中给出。
【附图说明】
[0023]以下，将参照附图通过例子的方式描述本发明的一种实施方式，在附图中:
[0024]图1是根据本发明的连铸设备的侧剖视图，
[0025]图2是根据本发明的电磁搅拌器的透视图，
[0026]图3是根据图4中的II1-1II，在沿穿过图2中所示的电磁搅拌器的一部分的周向看去时的剖视图，和
[0027]图4是图2和图3中所示的电磁搅拌器的一部分的俯视图。
【具体实施方式】
[0028]图1示出了根据本发明的连铸设备I。连铸设备I包括中间罐2、模具3、从中间罐2延伸至模具3的管状喷嘴4和围绕喷嘴4设置的电磁搅拌器5。铸造设备I用于铸造金属，优选地用于铸造铁基合金例如钢。因此，熔融金属被连续地从中间罐2通过喷嘴4供应到模具3。恪融金属以大于lm/s，优选地在l_3m/s范围内的速度行进通过喷嘴4，从中间罐2到模具3的距离小于lm，通常〈0.4m，或者甚至〈0.3m。因此，搅拌器5沿其纵向的高度受到所述元件的限制，并且可能低至〈0.3m。喷嘴4的宽度为50-150mm。这里，喷嘴4具有圆形的截面。围绕模具3还设有电磁搅拌器6，其以本身公知的方式作用在模具内的熔体上。增设的电磁搅拌器6对于这种类型的设备来说是公知的附件并因此仅在本文中简要地提及。
[0029]模具3被设置成在铸造过程期间执行短距离的竖直往复动作。一段部分地固化的金属(固化部分在图1中用27表示，熔融部分用28表示)随着铸造过程的进行连续地离开模具3中的下部开口。
[0030]围绕喷嘴4设置的电磁搅拌器5包括大致为圆柱形的芯体7 (参见图2-4